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DE3712874A1 - Penning-vakuummeter - Google Patents

Penning-vakuummeter

Info

Publication number
DE3712874A1
DE3712874A1 DE19873712874 DE3712874A DE3712874A1 DE 3712874 A1 DE3712874 A1 DE 3712874A1 DE 19873712874 DE19873712874 DE 19873712874 DE 3712874 A DE3712874 A DE 3712874A DE 3712874 A1 DE3712874 A1 DE 3712874A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
soft iron
discharge space
cartridge
anode
bore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19873712874
Other languages
English (en)
Inventor
Andras Siposs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tungsram Rt
Original Assignee
Tungsram Rt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tungsram Rt filed Critical Tungsram Rt
Publication of DE3712874A1 publication Critical patent/DE3712874A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00Vacuum gauges
    • G01L21/30Vacuum gauges by making use of ionisation effects
    • G01L21/34Vacuum gauges by making use of ionisation effects using electric discharge tubes with cold cathodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Penning-Vakuummeter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Es ist üblich, in dem Hochvakuum-Bereich, d.h. bei Drücken von ca. 10-5 Pa bis 1 Pa das Ionisationsvakuummeter mit Kaltkatode und Magnetfeld, d.h. das Penning-Vakuummeter zur Druckmessung zu verwenden. Eine ausführliche Beschreibung derartiger Vakuummeter ist im Buch von J.H. Leck: Pressure measurement in Vacuum Systems (S. 113) zu finden.
Es ist wohlbekannt, daß in dem genannten Druckbereich, in der erzeugten Gasentladung der durchfließende Strom von der angelegten Spannung, der Gaszusammensetzung und dem Druck abhängt. Wenn nun der Entladungsraum in ein Magnetfeld gesetzt wird, sind die Elektronen gezwungen, unter der Wirkung des Magnetfelds, in der Gasentladung, von der Katode zu der Anode sich bewegend einer spiralförmigen Zykloidid-Bahn zu folgen. Demzufolge kommen auch bei einer recht niedrigen Gasdichte, d.h. bei hohem Vakuum, ionisierende Anstöße in für die Vakuummessung erforderlicher genügend hoher Anzahl zustande. Dieser Prozeß bildet praktisch die Grundlage für die Arbeit des rohrförmig ausgebildeten Penning-Vakuummeters. Wenn nun in dem Rohr das Magnetfeld und die Gaszusammensetzung auf einem konstanten Wert gehalten werden, stellt die Stärke des entstandenen Entladungsstroms das Maß des Drucks dar. Wenn man den Entladungsstrom auf einen Mikroamperemesser leitet, kann man nach entsprechender Kalibrierung den Druckwert, d.h. das Vakuum, unmittelbar an dem Amperemeter ablesen.
Inzwischen wurde das ursprünglich ein zwischen Magnetbacken eingesetztes Glasrohr enthaltende Vakuummeter weiterentwickelt. Heute besteht das Penning-Vakuummeter praktisch ausschließlich aus Metallelementen. Solche Vakuummeter sind z.B. in dem Katalog der Firma Balzers AG (Liechtenstein) beschrieben. Diese robusten und betriebssicheren Meßgeräte werden überwiegend aus Metall hergestellt, Meßzelle und Anschlußflansch sind aus rostfreiem Stahl gefertigt. Das Magnetfeld wird von einem die Meßzelle umschließenden Dauermagneten erzeugt, das Meßrohr wird mit Gleichspannung von einigen kV gespeist.
Gegenüber den Ionisationsvakuummetern mit geheizter Katode weisen diese Meßgeräte zahlreiche Vorteile auf. Es wird schnell gemessen, die Bedienung ist einfach, Empfindlichkeit ist hoch, Überlastungen, ja sogar Lufteinbrüche werden gut vertragen.
Neben allen vorteilhaften Eigenschaften weist jedoch das bekannte Meßgerät den Nachteil auf, daß die Anzeige nicht immer eindeutig ist, da die Druck-Strom-Charakteristik nicht immer monoton verläuft, es kommen Sprünge und Hysterese-Effekte vor. Aus diesem Grunde ist das Anwendungsgebiet beschränkt, durch diese Nachteile ist die Verwendung in automatischer Steuerung ebenfalls begrenzt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Penning-Vakuummeter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die genannten Fehler nicht mehr auftreten und man eine monotone Charakteristik für die Abhängigkeit des Drucks vom Strom erhält. Diese Aufgabe wird mit einem Vakuummeter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs gelöst, das sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs auszeichnet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Lage der anodeneinführenden Patrone und der Wert der in dem Entladungsraum bestehenden magnetischen Induktion eine entscheidende Rolle bei der Beseitigung der Nachteile spielen.
Eine weitere Erkenntnis liegt darin, daß der Abstand zwischen der anodentragenden Weicheisenpatrone (deren Ende) und dem Rand des Entladungsraums eine äußerst wichtige Rolle spielt. Wenn das Ende der Patrone in den Entladungsraum hineinreicht, können in der Charakteristik Sprünge und Hysterese beobachtet werden und die Empfindlichkeit des Meßrohrs unterschreitet den Sollwert. Die gleiche Situation ergibt sich, wenn obzwar das Patronenende in der Bohrung liegt, seine Lage die erfindungsgemäß erkannte minimale Tiefe nicht erreicht. Die Erkenntnis dieser Lage bildet die eine Charakteristik der erfindungsgemäßen Lösung.
Gleicherweise wurde erkannt, daß auch die magnetische Induktion einen optimalen Wertbereich besitzt, unter welchem die Empfindlichkeit des Meßrohrs den erforderlichen Wert unterschreitet, wenn hingegen der betreffende Wertbereich übertroffen wird, wird die Empfindlichkeit befriedigend sein, aber Sprünge und Hysterese treten in der Charakteristik auf.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Penning-Vakuummeter,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Teils 1 des Meßrohrs des Vakuummeters,
Fig. 3 die Beziehung zwischen der Charakteristik und der Position der Patrone,
Fig. 4 die Beziehung zwischen der Charakteristik und der magnetischen Induktion.
Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau des erfindungsgemäßen Penning-Vakuummeters. Das Meßrohr besteht aus einem zylindrischen, aus Stahl gefertigten Katodenkörper 1, einer angeschweißten Weicheisenscheibe 2, einer in eine Glasperle 3 eingelöteten anodentragenden Weicheisenpatrone 4, einem Wolfram-Anodenstab 5, einem Weicheisenstöpsel 6 und sich darin befindenden Gaseinlaßbohrungen 14, einem unteren bzw. oberen Weicheisenhaltering, desweiteren aus einem zylindrischen Dauermagneten 9. Diese Elemente umschließen einen Entladungsraum 10.
In Fig. 2 ist jener Teil des erfindungsgemäßen Penning-Vakuummeters nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung zu sehen, der das Wesen vorliegender Erfindung veranschaulicht. Es wurde nämlich erkannt, daß die eine Voraussetzung der vollkommenen hochempfindlichen Funktion des Vakuummeßrohrs mit einer Charakteristik ohne Sprung und Hysterese darin besteht, daß die anodentragende Weicheisenpatrone 4 in der Bohrung 11 einen bestimmten Platz einnehmen und sich in der entsprechenden Position befinden muß; das bedeutet, daß zwischen einer dem Entladungsraum zugewandten Endplatte 12 der Patrone und dem Rand des Entladungsraums 13 ein optimaler Abstand t einzuhalten ist, dessen Wert der Beziehung
ta (0,5 + 0,03b)
folgt, wobei a den Durchmesser der Bohrung 11 und b den Durchmesser der anodentragenden Weicheisenpatrone 4 bezeichnen.
Fig. 3 stellt die Beziehung zwischen der Charakteristik und der Position der Patrone für den Fall dar, in dem die Induktion im Bereich zwischen 0,05 und 0,08 T (tesla) liegt. Auf der Abszissenachse ist der tatsächliche Druck p v aufgetragen, die Ordinaten entsprechen den an dem Meßrohr angezeigten Druckwerten p m . Linie d veranschaulicht den idealen Fall, die Kurve a den Fall, in dem t = O, und die Kurve b den Fall, in dem der Wert t durch die Ungleichung O<t<a(0,5+0,03 b) bestimmt wird, zuletzt veranschaulicht die Kurve c den Fall, in dem der Wert t dem in dem Patentanspruch definierten Bereich entspricht, d.h. ta(0,5+0,03 b).
Fig. 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Charakteristik und der magnetischen Induktion für den Fall, in dem der Wert t dem Patentanspruch entspricht. Die Koordinaten sind mit denen der Fig. 3 übereinstimmend. Wie bei der Fig. 3 gibt die Gerade d die ideale Charakteristik an; die Kurve a weist auf eine den Wert 0,05 T unterschreitende Induktion, die Kurve b eine den Wert 0,08 T überschreitende Induktion hin, während die Kurve c den Fall für die erfindungsgemäße Induktion anzeigt.
Aus den Fig. 3 und 4 geht eindeutig hervor, daß die Anzeige des erfindungsgemäßen Vakuummeßrohrs eindeutig ist, die Druck-Stromcharakteristik monoton verläuft; Sprünge-Hysteresen kommen nicht vor, die Empfindlichkeit ist befriedigend. Als Erfolg kann die erfindungsgemäße Lösung in automatischen Steuerungen mit höchster Zuverlässigkeit verwendet werden.

Claims (1)

  1. Penning-Vakuummeter mit Kaltkatode und Magnetfeld, bestehend aus einem aus Stahl gefertigten zylindrischen Katodenkörper (1), einer daran angeschweißten, mit einer Bohrung (11) versehenen Weicheisenscheibe (2), aus einer in eine Glasperle (3) eingelöteten anodentragenden Weicheisenpatrone (4), einem in die Patrone (4) eingespannten Wolfram-Anodenstab (5), einem mit Gaseinlaßbohrungen (14) versehenen Weicheisenstöpsel (6), einem unteren und oberen Weicheisentragring (7, 8) und einem zylindrischen Dauermagneten (9), die einen Entladungsraum (10) umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladungsraum (10) der Wert der magnetischen Induktion 0,05-0,08 T beträgt und daß der Abstand zwischen einer dem Entladungsraum (10) zugewandten Endplatte (12) der anodentragenden Patrone (4), die in der Bohrung (11) der Weicheisenscheibe (2) liegt, und einem Rand (13) des Entladungsraums (10) durch die Formel ta (0,5 + 0,03b)definiert ist, wobei a den Durchmesser der Bohrung (11) und b den Durchmesser der anodentragenden Patrone (4) bezeichnen.
DE19873712874 1986-11-17 1987-04-15 Penning-vakuummeter Withdrawn DE3712874A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU472086A HU196530B (en) 1986-11-17 1986-11-17 Cold-cathode magnetic field vacuum gauge tube /penning vacuum gauge tube/

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3712874A1 true DE3712874A1 (de) 1988-05-19

Family

ID=10968761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19873712874 Withdrawn DE3712874A1 (de) 1986-11-17 1987-04-15 Penning-vakuummeter

Country Status (3)

Country Link
CH (1) CH673062A5 (de)
DE (1) DE3712874A1 (de)
HU (1) HU196530B (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998048445A1 (de) * 1997-04-24 1998-10-29 Leybold Vakuum Gmbh Penning-vakuummeter
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Also Published As

Publication number Publication date
HUT45169A (en) 1988-05-30
HU196530B (en) 1988-11-28
CH673062A5 (de) 1990-01-31

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